python運行原理

程序執行原理（科普）

目標

• 計算機中的 三大件
• 程序執行的原理
• 程序的作用

01. 計算機中的三大件

計算機中包含有較多的硬件，但是一個程序要運行，有 三個 核心的硬件，分別是：

1. CPU
   • 中央處理器，是一塊超大規模的集成電路
   • 負責 處理數據／計算
2. 內存
   • 臨時 存儲數據（斷電之後，數據會消失）
   • 速度快
   • 空間小（單位價格高）
3. 硬盤
   • 永久 存儲數據
   • 速度慢
   • 空間大（單位價格低）

CPU	內存	硬盤

思考題

1. 計算機中哪一個硬件設備負責執行程序？
   • CPU
2. 內存 的速度快還是 硬盤 的速度快？
   • 內存
3. 我們的程序是安裝在內存中的，還是安裝在硬盤中的？
   • 硬盤
4. 我買了一個內存條，有 500G 的空間！！！，這句話對嗎？
   • 不對，內存條通常只有 4G / 8G / 16G / 32G
5. 計算機關機之後，內存中的數據都會消失，這句話對嗎？
   • 正確

02. 程序執行的原理

1. 程序 運行之前，程序是 保存在硬盤 中的
2. 當要運行一個程序時
   • 操作系統會首先讓 CPU 把程序複製到 內存 中
   • CPU 執行 內存 中的 程序代碼

程序要執行，首先要被加載到內存

2.1 Python 程序執行原理

1. 操作系統會首先讓 CPU 把 Python 解釋器 的程序複製到 內存 中
2. Python 解釋器 根據語法規則，從上向下 讓 CPU 翻譯 Python 程序中的代碼
3. CPU 負責執行翻譯完成的代碼

Python 的解釋器有多大？

• 執行以下終端命令可以查看 Python 解釋器的大小

# 1. 確認解釋器所在位置
$ which python

# 2. 查看 python 文件大小(只是一個軟鏈接)
$ ls -lh /usr/bin/python

# 3. 查看具體文件大小
$ ls -lh /usr/bin/python2.7

提示：建立 軟鏈接 的目的，是爲了方便使用者不用記住使用的解釋器是 哪一個具體版本

03. 程序的作用

程序就是 用來處理數據 的！

• 新聞軟件 提供的 新聞內容、評論…… 是數據
• 電商軟件 提供的 商品信息、配送信息…… 是數據
• 運動類軟件 提供的 運動數據…… 是數據
• 地圖類軟件 提供的 地圖信息、定位信息、車輛信息…… 是數據
• 即時通訊軟件 提供的 聊天信息、好友信息…… 是數據
• ……

3.1 思考 QQ 程序的啓動過程

1. QQ 在運行之前，是保存在 硬盤 中的
2. 運行之後，QQ 程序就會被加載到 內存 中了

3.2 思考 QQ 程序的 登錄 過程

1. 讀取用戶輸入的 QQ 號碼
2. 讀取用戶輸入的 QQ 密碼
3. 將 QQ 號碼 和 QQ 密碼 發送給騰訊的服務器，等待服務器確認用戶信息

思考 1

在 QQ 這個程序將 QQ 號碼 和 QQ 密碼 發送給服務器之前，是否需要先存儲一下 QQ 號碼 和 密碼?

答案

肯定需要！—— 否則 QQ 這個程序就不知道把什麼內容發送給服務器了！

思考 2

QQ 這個程序把 QQ 號碼 和 QQ 密碼 保存在哪裏？

答案

保存在 內存 中，因爲 QQ 程序自己就在內存中

思考 3

QQ 這個程序是怎麼保存用戶的 QQ 號碼 和 QQ 密碼 的？

答案

1. 在內存中爲 QQ 號碼 和 QQ 密碼 各自分配一塊空間
   • 在 QQ 程序結束之前，這兩塊空間是由 QQ 程序負責管理的，其他任何程序都不允許使用
   • 在 QQ 自己使用完成之前，這兩塊空間始終都只負責保存 QQ 號碼 和 QQ 密碼
2. 使用一個 別名 標記 QQ 號碼 和 QQ 密碼 在內存中的位置

• 在程序內部，爲 QQ 號碼 和 QQ 密碼 在內存中分配的空間就叫做 變量
• 程序就是用來處理數據的，而變量就是用來存儲數據的